Воздействие атмосферы, содержащей агрессивные среды

Многие ЭУ эксплуатируются в условиях воздействия агрессивных технологических сред. Агрессивной средой называют среду (газ), вызывающую ухудшение параметров материалов и/или изделий либо их разрушение.

Испытание на воздействие агрессивной среды проводят с целью определения коррозионной стойкости изделий в атмосфере, в состав которой входят водные растворы солей. Поэтому такое испытание часто называют испытанием на воздействие соляного тумана. В камере соляного тумана изделия располагают так, чтобы в процессе испытания на них не попадали брызги раствора соли из пульверизатора пли аэрозольного аппарата, а также капли с потолка, стен и системы подвесов. Температуру в камере устанавливают (27±2) °С. Соляной туман создается распылением раствора соли, который приготовляют растворяя хлористый натрий в дистиллированной воде (33±3) г/л. Распыление раствора производят с помощью пульверизатора или центрифуги аэрозольного аппарата 15 мин каждый час испытания. Туман должен обладать дисперсностью 1...10 мкм (95% капель) и массовой концентрацией воды 2...3 г/м³. Общее время испытания составляет 2, 7 или 10 суток в зависимости от степени жесткостижёсткости испытания. По окончании испытания изделия промывают в дистиллированной роде (если это предусмотрено стандартами), после чего просушивают и оценивают их пригодность.

Дисперсность соляного тумана определяют методом микрофотографирования. Пробу тумана берут с капель, естественно осажденныхосаждённых на предметное стекло. Чтобы предотвратить испарение капель, придать им сферическую форму и удержать некоторое время, на поверхность стекла наносят смесь трансформаторного масла с вазелином в соотношении 2:1. Стекло выдерживают в камере около 0,5 мин при работающем аэрозольном аппарате. Затем, стекло с осевшими каплями тумана фотографируют через микроскоп, делают 3…5 снимков в разных местах пробы. При нормальном соляном тумане 95 % поверхности стекла покрыто каплями размером 1¼10 мкм.

Испытание на герметичность

Испытание на герметичность в зависимости от требований, предъявляемых к ЭУ, реализуют одним из следующих методов (ГОСТ 20.57.406–81):

1) по утечке жидкости – для изделий, наполненных жидкостью или содержащих наполнитель, находящийся в твердомтвёрдом состоянии при нормальных климатических условиях и превращающийся в жидкость при температуре испытания;

2) по утечке газа с применением индикаторного газа и масс-спектрометра – для изделий, имеющих свободный внутренний объем и не обладающих повышенной адсорбцией, но способных выдерживать без остаточных деформаций повышенное и пониженное давление относительно нормального атмосферного;

3) по проникновению газа или жидкости – для изделий, проникновение агрессивной среды в которые приводят к изменению их параметров;

4) по обнаружению утечки газа путемпутём наблюдения его пузырьков при помещении ЭУ в жидкость – для изделий, содержащих внутри некоторый объем газа и способных выдерживать без остаточных деформаций понижение и повышение давления;

5) по обнаружению утечки воздуха, подаваемого на изделия под давлением;

6) по проникновению влаги ("влажный" метод) – для изделий, электрические характеристики которых изменяются от проникновения в корпус жидкости.

Для проведения испытания указанными методами используют камеры тепла, цветовые индикаторы, гелиевые камеры, масс-спектрометры, барокамеры, жидкостные ванны, устройства подачи сжатого воздуха.

При втором методе определения герметичности испытываемый образец помещают в испытательную камеру. Испытываемое изделие перед этим заполняют гелием или другим пробным газом под давлением до 10⁵ Па. в испытательной камере создают вакуум не хуже 10^-2 Па. Камера соединена с течеискателем. Негерметичность определяют по показаниям течеискателя.

При испытании ЭУ по четвертомучетвёртому методу, одному из наиболее распространенныхраспространённых, в корпуса ЭУ нагнетают воздух до избыточного давления (3..5)×10⁴ Па. После этого изделия погружают не менее чем на 5 мин в резервуар с водой. Изделия выдерживают испытание, если во время нахождения их в воде под избыточным давлением не наблюдается выделения пузырьков воздуха из корпусов ЭУ.

Комплексные климатические воздействия

В настоящее время часто проводят более сложные климатические испытания - на комплексные климатические воздействия. Различают комбинированные и составные климатические испытания.

При комбинированном климатическом испытании на выборку изделий воздействует одновременно несколько климатических факторов.

При составном климатическом испытании выборка также подвергается воздействию нескольких факторов, но в определеннойопределённой их последовательности и через определенныеопределённые интервалы времени. Эти испытания целесообразно проводить в тех случаях, когда эффект совместного воздействия климатических факторов нельзя оценить по их изолированным воздействиям. широко применяют комбинированное испытание на воздействия повышенной температуры и пониженного атмосферного давления. Наиболее жесткимжёстким климатическим воздействиям изделия подвергают в конце испытаний.

 

Контрольные вопросы

1. Каковы основные условия воспроизводимости климатических испытаний?

2. Что понимают под нормализованной последовательностью климатических испытаний?

3. Какие методы испытаний ЭУ на воздействие повышенной температуры Вам известны и в чем их особенности?

4. В чем отличие испытания ЭУ на воздействие циклического изменения температуры от испытания на термоудар?

5. В чем особенности циклического и непрерывного режимов испытания ЭУ на воздействие повышенной влажности?

6. Можно ли приспособить камеру тепла для испытания ЭУ на повышенную влажность?

7. Как можно определить дисперсность соляного тумана?

8. В чем различие между комбинированными и составными климатическими испытаниями?

 

Радиационные испытания

Радиационные испытания (РИ) являются одной из составляющих комплексной системы обеспечения качества ЭУ. ЭУ в процессе работы может подвергаться облучению различными ионизирующими излучениями: электронами и протонами радиационных поясов Земли, космическими лучами, гамма- нейтронным излучением ядерных энергетических установок (ЯЭУ), излучением ускорителей частиц, рентгеновских и гамма установок, медицинских аппаратов.

Под ионизирующим излучением (ИИ) понимают любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию неравновесных электрических зарядов разных знаков. Ионизирующее излучение представляет собой поток заряженных и (или) незаряженных частиц, энергия которых достаточна для возбуждения и ионизации атомов вещества. Излучение, ионизирующее косвенно, состоит из незаряженных (нейтральных) частиц (нейтроны, фотоны), способных вызвать ионизацию вещества, через вторичные заряженные частицы, образующиеся в результате взаимодействия первичных частиц с атомами среды. Поля ИИ (плотность потока, энергия, интенсивность) характеризуются определенным пространственным и временным распределением. В зависимости от характера временных распределений различают непрерывные и импульсные излучения. Излучение считается непрерывным, если его характеристики за рассматриваемый промежуток времени остаются постоянными. Под импульсным понимается такое излучение, продолжительность действия которого значительно меньше времени наблюдения.

Радиационные факторы – комплекс воздействующих ИИ, которые могут вызывать (или вызывают) нарушение работоспособности ЭУ в процессе эксплуатации. В состав радиационных факторов входят излучения, создаваемые ядерным взрывом, ядерными силовыми и энергетическими установками, медицинскими и дефектоскопическими установками и излучения, существующие в космическом пространстве.

Ионизирующее излучение ядерного взрыва (ЯВ) содержит три компоненты: нейтроны, гамма кванты и рентгеновские лучи. Диапазон изменения основных параметров этих излучений, следующий:

- поток нейтронов 10¹¹ - 10¹⁵ нейтр./ см²;

- доза гамма квантов 10 -10⁵ Р;

- поток рентгеновского излучения 1,0 - 10⁴ кал / см².

Средняя энергия гамма- квантов ядерного взрыва близка к 1 МэВ, а длительность воздействия менее 10^-7 с. Диапазон мощностей доз лежит в пределах 10⁸ - 10¹² Рс^-1.

Спектр нейтронов ЯВ содержит группу нейтронов термоядерного происхождения с энергией около 14 МэВ, нейтроны, близкие к спектру деления, и замедленные нейтроны с энергией менее 0,1 МэВ.

Энергия, образующаяся в ядерных реакциях при ЯВ, передается осколкам деления, ядрам отдачи, заряженным частицам, нейтронам и гамма- квантам. При воздействии ионизирующего излучения ЯВ на электронные устройства, гамма- и рентгеновские кванты распространяются со скоростью света и длительность их воздействия не зависит от расстояния между центром взрыва и облучаемым объектом. Длительность воздействия нейтронов с энергией Е_п>0,1 МэВ лежит в диапазоне 10^-4 – 10^-2 с, а длительность воздействия группы нейтронов с энергией 14 МэВ – в диапазоне 10^-6 – 10^-5 с.

Радиационная среда, образованная ядерным взрывом, зависит не только от типа и вида взрыва, но и от расстояния до центра взрыва, погодных условий, плотности атмосферы. Амплитудно-временные и спектрально-энергетические характеристики поражающих факторов зависят также и от соотношения гамма и нейтронной составляющей ионизирующих излучений.

Ядерные силовые и энергетические установки (ЯЭУ) все шире применяются на надводных и подводных кораблях, космических аппаратах, автоматических метеостанциях. Однако наличие ЯЭУ на борту приводит к тому, что ЭУ и персонал подвергаются в течение длительного времени воздействию ионизирующих излучений, состав которых определяется тепловой мощностью реактора, расположением и характером защиты, продолжительностью работы реактора и наличием остаточного гамма- фона реактора в заглушённом состоянии.

Смешанное поле излучений ЯЭУ состоит из мгновенных нейтронов деления с энергией от 0,025 эВ до 2 МэВ, запаздывающих нейтронов со средней энергией 0,5 МэВ, мгновенных гамма - квантов с энергией 0,5 - 6,5 МэВ, гамма- квантов продуктов деления от 0,1 до 2 МэВ и захватных гамма- квантов с максимальной энергией до 10 МэВ. Реальные значения плотности потока нейтронов энергией Е_п>0,1 МэВ и мощности дозы гамма-излучения составляют соответственно 10⁴ - 10⁶ нейтр /с и 10^-3- 10^-1 Р/с.

Медицинские и дефектоскопические установки характеризуются генерацией сформированного в пространстве направленного потока ионизирующего излучения: нейтронов деления, гамма- квантов или потока электронов с энергией от 0,5 до 20 МэВ.

В околоземном космическом пространстве существует несколько полей космической радиации, к которым относятся естественные радиационные пояса Земли, галактические и солнечные космические лучи. Внутренний радиационный пояс Земли, состоит из протонов с энергиями до 700 МэВ и электронов с энергией от 20 кэВ до нескольких МэВ. Внешний – из электронов с энергией от 10 кэВ до 5 МэВ и протонов до 60 МэВ. Пространственно-временное распределение потоков частиц в этих полях в околоземном пространстве зависит от общих процессов, протекающих в Солнечной системе и магнитосфере Земли и изменяется по своим законам вдоль траектории движения космического аппарата.

Анализ особенностей ионизирующих излучений в возможных условиях эксплуатации реальных объектов показывает, что поля излучений в общем случае описывают пространственными, энергетическими и временными распределениями. При прогнозировании реакции ЭУ на воздействие ИИ различного вида необходимо переходить от спектрально-энергетических и временных распределений падающего на объект излучения к величинам, непосредственно характеризующим степень радиационного воздействия ИИ на ЭУ.

Количественное описание ионизирующих излучений выражается физическими единицами, которые можно разбить на две группы.

К первой группе относятся физические параметры поля ИИ и его воздействия на вещество. К ним относятся: поток и плотность потока частиц (квантов), поглощеннаяпоглощённая доза и мощность поглощеннойпоглощённой дозы, экспозиционная доза и мощность экспозиционной дозы, эквивалентная доза, мощность эквивалентной дозы.

Вторая группа величин служит для оценки количественного содержания радиоактивных веществ в материалах. К этим веществам относятся активность нуклида и время, в течение которого число ядер радионуклида уменьшится в два раза (период полураспада).

Радиационная стойкость

К ЭУ, работающим в условиях ИИ, предъявляют особые требования по радиационной стойкости.

Радиационная стойкость –способность ЭУ нормально функционировать в процессе и после воздействия ионизирующих излучений. В настоящее время требования по радиационной стойкости предъявляются ко всем объектам вооружения и военной техники, аппаратуре космических аппаратов и аппаратов с бортовыми ядерными энергетическими установками.

Комплексы стандартов устанавливают требования по радиационной стойкости к воздействию ИИ, ЯВ, КП и ЯЭУ и регламентируют методы ее оценки для военной техники, в том числе космических аппаратов военного назначения. Традиционными являются три основных способа определения показателей радиационной стойкости ЭУ.

Первый способ – натурный. В натурном физическом опыте воспроизводят радиационную обстановку, соответствующую реальным условиям применения ЭУ. В настоящее время, учитывая запрет на проведение ядерных испытаний, это является невыполнимой задачей.

Второй способ – теоретический. Устанавливают функциональные взаимосвязи между характеристиками ИИ и первичными радиационными дефектами, рассчитывают плотности дефектов ионизации и смещения в материале чувствительного объемаобъёма ЭУ и затем прогнозируют изменения соответствующих свойств материалов параметров РЭС.

Третий способ – экспериментальный – основан на использовании моделирующей установки (МУ). Испытательные устройства оснащаются комплексом моделирующих установок для раздельного и совместного воспроизведения различных видов ИИ, комплексом стандартной КИА и дозиметрическими приборами.

Моделирующие установки, предназначенные для РИ, имеют практически мало изменяемые спектрально энергетические характеристики и более упрощенныеупрощённые (по сравнению с реальными) амплитудно-временные зависимости интенсивности излучений.

При действии ИИ на ЭУ возникают два типа эффекта изменения их параметров: остаточные (долговременные) и переходные (кратковременные). Первые, как правило, возникают при воздействии непрерывного ИИ и могут быть обусловлены сложными дефектами кристаллической решеткирешётки материалов ЭУ, вызванными эффектами смещения, появления объемныхобъёмных зарядов при переносе заряда, а также локализованными зарядами при ионизационных явлениях. Переходные (кратковременные) эффекты наблюдаются при воздействии на ЭУ импульсного ИИ в течение относительно короткого времени после его прекращения, что связано с возникновением переходных процессов в схемах (появление фототока, модуляции проводимости в полупроводниках при ионизационных эффектах, появление элементарных дефектов, неустойчивых к отжигу, увеличение токов утечки при эффектах смещения и переносе зарядов). Интенсивность переходных (кратковременных) эффектов может зависеть как от мощности дозы, так и от поглощеннойпоглощённой дозы, а остаточные (долговременные) эффекты в основном определяются величиной последней, материалы и элементы, используемые в ЭУ, заметно различаются по этому параметру.

Параметры полупроводниковых приборов изменяются под воздействием ионизирующих излучений при потоках нейтронов 10¹¹ см^-2, поглощенныхпоглощённых дозах 10⁴ рад (Si) и мощностях дозы порядка 10⁵ рад/с (Si) как у биполярных, так и у МДП- транзисторов. Резисторы, конденсаторы и другие пассивные элементы имеют на несколько порядков более высокую радиационную стойкость. По сравнению со схемами на дискретных компонентах ИС обладают более высокой стойкостью по отношению к остаточным радиационным эффектам и менее устойчивы к воздействию импульсного ИИ.

Для КМОП/КНС технологии характерны повышенная радиационная стойкость: диапазон устойчивости к воздействию потока нейтронов достигает 10¹⁵ см^-2 обратимые изменения при импульсном γ- облучении наступают при мощности дозы свыше 5∙10⁹рад (Si). Однако, КПОМ ИС обладают сравнительно низкой устойчивостью к накопленной дозе облучения; порог устойчивости составляет 10⁶рад (Si).

Аналоговые схемы более чувствительны к воздействию ИИ, чем цифровые ИС, что обусловлено прежде всего, более высоким напряжением питания (±15В против + 5В). Диапазон отказов линейных схем лежит в широких приделах: 10¹² - 5∙10¹⁴ см^-2 по потоку нейтронов, 5∙10³-10⁷рад (Si) по общей дозе излучения и 10⁸рад/с (Si) по мощности дозы облучения. Одним из методов улучшения радиационной стойкости ИМС является использование для их построения элементной базы, имеющей более высокую радиационную стойкость.

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: